ESP 系统及其测试技术
作者：朱明明 班级：物流工程 学号：101204052
(辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001)
引言
近几十年随着现代汽车技术的发展，汽车工业已成为我国的支柱产业，在日常工作和生活中起着越来越重要的作用。汽车行业内，20世纪80年代热门话题是防抱死制动系统ABS ，90年代是加速防滑控制系统ASR ，而当前的热门话题是电子稳定程序(ESP，Electronic Stability Program) 。ESP 包含ABS 和ASR ，是这两种系统功能上的延伸，ESP 称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP 的出现是应时代对汽车提出的一种新型的主动安全性要求，它是当今的主动安全措施之一，其应用使车辆的主动安全性大大提高。
ESP 是由德国博世公司（BOSCH ）和梅赛德斯-奔驰（MERCEDES-BENZ ）公司联合研制，它集成了防抱死制动系统ABS 和驱动防滑系统ASR 所有功能，它能够在几毫秒内识别出汽车不稳定的行驶趋势，ESP 系统通过智能化的电子控制方案让汽车传动或者制动系统产生所期望的准确响应从而及时恰当的消除这些不稳定的形势趋势。即还能在车轮自由滑转以及极限操纵下保持车辆的稳定性；可以更好地利用轮胎与路面间的附着潜能，改善车辆转向能力和稳定性的同时，进一步改善驱动能力、缩短停车距离。在ABS 和ASR 两者的共同作用下，ESP 最大限度地保证汽车不跑偏、不甩尾、不侧翻，有效地保证了汽车稳定的操控安全性。
1、ESP 系统的组成及技术
ESP 系统是一种牵引力控制系统，它在ABS 和ASR 的基础上增加了相应功能的传感器。该系统的电子部件主要包括电子控制单元(ECU)、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。作为保证行车安全的一个重要电控系统，其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。
ESP 各电子部件的主要功用：
(1)方向盘传感器，监测方向盘旋转的角度，帮助确定汽车行驶方向是否正确。
(2)轮速传感器，监测每个车轮的速度，确定车轮是否打滑。
(3)横摆角速度传感器，记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑。
(4)纵向／横向加速度传感器，ESP 中的加速度传感器有沿汽车前进方向的纵向加速度 传感器和垂直于前进方向的横向加速度传感器，基本原理相同，只是成900夹角安装。它对转弯时产生的离心力起反应，确定汽车是否在通过弯道时打滑。
控制单元通过这些传感器信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令，并自动向一个或多个车轮施加制动力，甚至在某些情况下每秒进行150次制动，以把车辆保持在驾驶者所选定的车道内。这些传感器还向控制装置提供汽车在任何瞬间的运行状况信息。
1、 传感器：转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、方向盘油门刹车踏板传感器等。这些传感器负责采集车身状态的数据。
2、ESP 电脑：将传感器采集到的数据进行计算，算出车身状态然后跟存储器里面预先设定的数据进行比对。当电脑计算数据超出存储器预存的数值，即车身临近失控或者已经失控的时候则命令执行器工作，以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。
3、执行器：说白了ESP 的执行器就是4个车轮的刹车系统，其实ESP 就是帮驾驶员踩刹车。和没有ESP 的车不同的是，装备有ESP 的车其刹车系统具有蓄压功能。简单的说蓄压就是电脑可以根据需要，在驾驶员没踩刹车的时候替驾驶员向某个车轮的制动油管加压好让这个车轮产生制动力。另外ESP 还能控制发动机的动力输出什么的，反正是相关的设备他都能插一腿！
4、与驾驶员的沟通：仪表盘上的ESP 灯。
ESP 的关键技术
现在比较典型的汽车控制系统的结构，包括传统制动系统真空助力器、管路和制动器、传感器俨个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器、液压调节器、汽车稳定性控制电子控制单元和辅助系统发动机管理系统。
所以，系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破
①传感技术的改进”。在系统中使用的传感器有汽车横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、制动压力传感器及节气门开度传感器等，它们都是系统中不可缺少的重要部件。提高他们的可靠性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。
②体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统的结构设计。
③的软、硬件设计。由于的需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量，所以计算处理能力和程序容量要比系统大数倍。一般采用多结构。而软件的研究则是研究的重中之重，基于模型的现代控制理论已经很难适应这样一个复杂系统的控制，必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。
④通过完善控制功能。的与发动机、传动系的通过互联，使其能更好地发挥控制功能。例如自动变速器将当前的机械传动比、液力变矩器变矩比和所在档位等信息传给，以估算驱动轮上的驱动力。当识别出是在低附着系数路面时，它会禁止驾驶员挂低档。在这种路面上起步时，会告知传系应事先挂入二档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。
2、ESP 的工作原理
ESP 系统包括能全面感应汽车行驶状态的各种传感器及一个用来分析处理各传感器信号的智能化随车微机控制系统（如图2所示）。微机控制系统将传感器测量的相关数据与预先储存在控制程序中的标准技术数据进行比较，一旦偏离标准技术数据的认可范围，ESP 系统将自动接替驾驶员控制汽车，阻止潜在的危险情况发生，并确定车辆行驶状态不稳定的程度及其原因，自动通过微机控制系统向制动装置和发动机上的执行机构发出指令，以便采取最有利的安全措施(无论何时探测到汽车有发生翻转的趋势时，该系统都会有选择地对单个前轮或后轮实施制动，必要时还会同时增加或减少发动机转矩) ，使汽车始终保持安全稳定的行驶状态。
ESP 系统采用两种方法保持汽车按预定方向行进。首先，ESP 系统精确控制一个或多个车轮的制动过程，并且根据需要分别对每个车轮施加不同的制动力。其次，如果需要，该系统还可以自动调整发动机的输出转矩。假设汽车突然进入左转弯，转向半径过小，小于弯道的弯曲半径，即过度转向，这种状态下的汽车很可能因为离心力而导致翻转。ESP 系统在右 前轮上施加制动力，使汽车回到预定路线上。在同样的路线上，假设在进入弯道时由于驾驶员过于谨慎，转动方向盘的角度不足，汽车的转向半径大于弯道的半径，即不足转向，这种状态下的汽车很容易冲出路面。此时，ESP 系统在右后轮上施加制动力，使汽车始终保持在安全的路线上。
3、ESP 系统中的测试技术
3.1 ESP有效工作时需要获取的参数
ESP 系统的重要组成部分是传感器，主要的传感器有方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等，所以这几种传感器所测得数据是ESP 系统必不可少的此外还有其它部分参数如下表[1]。
ESP 计算机供电电压 最小为8.8 V，最大为17.4 V。
汽车速度 额定模式下的前轮速度(驱动轮) 平均数值。
制动压力 如制动踏板、喷射泵不动作，制动压力为零；如制动踏板、
喷射泵动作，为25 MPa。
偏摆角速度 汽车停止时，偏摆角速度为零；13 km／h 左右车速，转向盘
偏转到底时，为士400／s 。
轮速传感器 R=1.3～1.8 KΩ。
ESP 开关 不按ESP 开关时，端子1—2不导通，端子3—4导通；按下
ESP 开关时，端子1—2导通，端子3—4不导通。
横向加速度 汽车停止时横向加速度为零。
电动阀启动时间 8s
3.2 开发ESP 系统需进行的实验测试
ESP 虽然不是万能的，但作为保证汽车主动安全的最新技术已经得到广泛应用，所以其可靠性至关重要。下面以美国为例介绍ESP 开发中的实验[2]。美国高速公路交通安全局(NHTSA)在2005年全面开展了对ESP 系统性能评价试验的研究，该研究几乎涵盖了所有可能对ESP 系统性能评价的试验方法，并将试验方法分为三组进行评价研究，主要分为两个阶段：
阶段1：对以下7个试验仅使用少量的车辆进行，以测试ESP 系统对过度转向趋势的干预性能，试验将定量化地对干预性能进行评价，并根据评价能力的好坏对试验进行筛选。
1) 闭环圆周转向试验
2) 脉冲转向试验
3)NHTSA 鱼钩试验
4) 调幅正弦转向试验
5) 正弦延迟试验
6) 横摆角加速度反向转向试验
7) 调幅横摆角加速度反向转向试验
判断试验是否能够很好地评价ESP 系统的性能，NHTSA 认为该试验应具有以下3个特征：
1) 试验必须具有足够的强度以激发出ESP 系统对过度转向趋势的干预。
2) 高度的可重复性；
3) 可以对ESP 系统的侧向稳定性能和响应性能进行评价。
阶段2：对筛选后的试验方法，用不同的车辆进行试验。作为评定ESP 系统的实验除了具有阶段1的特征外还应该具有另外3个特征即：实验强度、有效性、可操作性。
经过试验分析，并且结合美国汽车工业联盟的试验分析数据，NHTSA 认为频率为0.7 Hz的正弦延迟试验评价ESP 系统的性能最为合适。
4、结论
ESP 汽车安全产品不久将成为多款中高级轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP 技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。EsP 在国外已批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。值得注意的是ESP 的开发还得依靠精确地实验测试技术，而怎样研究一个能够充分验证ESP 性能的试验方法同样至关重要。
参考文献：
[1] 李向瑜，高振海，等. 汽车装备电子稳定性程序后的性能评价方法[J]. 拖拉机与农用
汽车运输，2008（4）.
[2] 吴艳华，何天明. 新型汽车主动安全系统[J].上海汽车，2007(12).
[3] 韩建宝，云志刚，等. 汽车电子稳定系统ESP 的原理及应用[J].汽车电器，2004（4）.
[4] 王海峰，王文建. 汽车EPS 系统原理及整车应用要点[J].合肥工业大学学报，2009..
[5] 唐天德, 任岫云. 汽车电子稳定系统分析[J].公路与汽车，2007（4）.
[6] 于良耀, 吴凯辉, 宋健. 汽车ESP 用传感器及其接口技术[J].电子产品世界,2006.
ESP 系统及其测试技术
作者：朱明明 班级：物流工程 学号：101204052
(辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001)
引言
近几十年随着现代汽车技术的发展，汽车工业已成为我国的支柱产业，在日常工作和生活中起着越来越重要的作用。汽车行业内，20世纪80年代热门话题是防抱死制动系统ABS ，90年代是加速防滑控制系统ASR ，而当前的热门话题是电子稳定程序(ESP，Electronic Stability Program) 。ESP 包含ABS 和ASR ，是这两种系统功能上的延伸，ESP 称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP 的出现是应时代对汽车提出的一种新型的主动安全性要求，它是当今的主动安全措施之一，其应用使车辆的主动安全性大大提高。
ESP 是由德国博世公司（BOSCH ）和梅赛德斯-奔驰（MERCEDES-BENZ ）公司联合研制，它集成了防抱死制动系统ABS 和驱动防滑系统ASR 所有功能，它能够在几毫秒内识别出汽车不稳定的行驶趋势，ESP 系统通过智能化的电子控制方案让汽车传动或者制动系统产生所期望的准确响应从而及时恰当的消除这些不稳定的形势趋势。即还能在车轮自由滑转以及极限操纵下保持车辆的稳定性；可以更好地利用轮胎与路面间的附着潜能，改善车辆转向能力和稳定性的同时，进一步改善驱动能力、缩短停车距离。在ABS 和ASR 两者的共同作用下，ESP 最大限度地保证汽车不跑偏、不甩尾、不侧翻，有效地保证了汽车稳定的操控安全性。
1、ESP 系统的组成及技术
ESP 系统是一种牵引力控制系统，它在ABS 和ASR 的基础上增加了相应功能的传感器。该系统的电子部件主要包括电子控制单元(ECU)、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。作为保证行车安全的一个重要电控系统，其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。
ESP 各电子部件的主要功用：
(1)方向盘传感器，监测方向盘旋转的角度，帮助确定汽车行驶方向是否正确。
(2)轮速传感器，监测每个车轮的速度，确定车轮是否打滑。
(3)横摆角速度传感器，记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑。
(4)纵向／横向加速度传感器，ESP 中的加速度传感器有沿汽车前进方向的纵向加速度 传感器和垂直于前进方向的横向加速度传感器，基本原理相同，只是成900夹角安装。它对转弯时产生的离心力起反应，确定汽车是否在通过弯道时打滑。
控制单元通过这些传感器信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令，并自动向一个或多个车轮施加制动力，甚至在某些情况下每秒进行150次制动，以把车辆保持在驾驶者所选定的车道内。这些传感器还向控制装置提供汽车在任何瞬间的运行状况信息。
1、 传感器：转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、方向盘油门刹车踏板传感器等。这些传感器负责采集车身状态的数据。
2、ESP 电脑：将传感器采集到的数据进行计算，算出车身状态然后跟存储器里面预先设定的数据进行比对。当电脑计算数据超出存储器预存的数值，即车身临近失控或者已经失控的时候则命令执行器工作，以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。
3、执行器：说白了ESP 的执行器就是4个车轮的刹车系统，其实ESP 就是帮驾驶员踩刹车。和没有ESP 的车不同的是，装备有ESP 的车其刹车系统具有蓄压功能。简单的说蓄压就是电脑可以根据需要，在驾驶员没踩刹车的时候替驾驶员向某个车轮的制动油管加压好让这个车轮产生制动力。另外ESP 还能控制发动机的动力输出什么的，反正是相关的设备他都能插一腿！
4、与驾驶员的沟通：仪表盘上的ESP 灯。
ESP 的关键技术
现在比较典型的汽车控制系统的结构，包括传统制动系统真空助力器、管路和制动器、传感器俨个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器、液压调节器、汽车稳定性控制电子控制单元和辅助系统发动机管理系统。
所以，系统的开发有赖于以下几个关键技术的突破
①传感技术的改进”。在系统中使用的传感器有汽车横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、制动压力传感器及节气门开度传感器等，它们都是系统中不可缺少的重要部件。提高他们的可靠性并降低成本一直是这方面的开发人员追求的目标。
②体积小、重量轻、低成本液压制动作动系统的结构设计。
③的软、硬件设计。由于的需要估计车辆运行的状态变量和计算相应的运动控制量，所以计算处理能力和程序容量要比系统大数倍。一般采用多结构。而软件的研究则是研究的重中之重，基于模型的现代控制理论已经很难适应这样一个复杂系统的控制，必须寻求鲁棒性较强的非线性控制算法。
④通过完善控制功能。的与发动机、传动系的通过互联，使其能更好地发挥控制功能。例如自动变速器将当前的机械传动比、液力变矩器变矩比和所在档位等信息传给，以估算驱动轮上的驱动力。当识别出是在低附着系数路面时，它会禁止驾驶员挂低档。在这种路面上起步时，会告知传系应事先挂入二档，这将显著改善大功率轿车的起步舒适性。
2、ESP 的工作原理
ESP 系统包括能全面感应汽车行驶状态的各种传感器及一个用来分析处理各传感器信号的智能化随车微机控制系统（如图2所示）。微机控制系统将传感器测量的相关数据与预先储存在控制程序中的标准技术数据进行比较，一旦偏离标准技术数据的认可范围，ESP 系统将自动接替驾驶员控制汽车，阻止潜在的危险情况发生，并确定车辆行驶状态不稳定的程度及其原因，自动通过微机控制系统向制动装置和发动机上的执行机构发出指令，以便采取最有利的安全措施(无论何时探测到汽车有发生翻转的趋势时，该系统都会有选择地对单个前轮或后轮实施制动，必要时还会同时增加或减少发动机转矩) ，使汽车始终保持安全稳定的行驶状态。
ESP 系统采用两种方法保持汽车按预定方向行进。首先，ESP 系统精确控制一个或多个车轮的制动过程，并且根据需要分别对每个车轮施加不同的制动力。其次，如果需要，该系统还可以自动调整发动机的输出转矩。假设汽车突然进入左转弯，转向半径过小，小于弯道的弯曲半径，即过度转向，这种状态下的汽车很可能因为离心力而导致翻转。ESP 系统在右 前轮上施加制动力，使汽车回到预定路线上。在同样的路线上，假设在进入弯道时由于驾驶员过于谨慎，转动方向盘的角度不足，汽车的转向半径大于弯道的半径，即不足转向，这种状态下的汽车很容易冲出路面。此时，ESP 系统在右后轮上施加制动力，使汽车始终保持在安全的路线上。
3、ESP 系统中的测试技术
3.1 ESP有效工作时需要获取的参数
ESP 系统的重要组成部分是传感器，主要的传感器有方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等，所以这几种传感器所测得数据是ESP 系统必不可少的此外还有其它部分参数如下表[1]。
ESP 计算机供电电压 最小为8.8 V，最大为17.4 V。
汽车速度 额定模式下的前轮速度(驱动轮) 平均数值。
制动压力 如制动踏板、喷射泵不动作，制动压力为零；如制动踏板、
喷射泵动作，为25 MPa。
偏摆角速度 汽车停止时，偏摆角速度为零；13 km／h 左右车速，转向盘
偏转到底时，为士400／s 。
轮速传感器 R=1.3～1.8 KΩ。
ESP 开关 不按ESP 开关时，端子1—2不导通，端子3—4导通；按下
ESP 开关时，端子1—2导通，端子3—4不导通。
横向加速度 汽车停止时横向加速度为零。
电动阀启动时间 8s
3.2 开发ESP 系统需进行的实验测试
ESP 虽然不是万能的，但作为保证汽车主动安全的最新技术已经得到广泛应用，所以其可靠性至关重要。下面以美国为例介绍ESP 开发中的实验[2]。美国高速公路交通安全局(NHTSA)在2005年全面开展了对ESP 系统性能评价试验的研究，该研究几乎涵盖了所有可能对ESP 系统性能评价的试验方法，并将试验方法分为三组进行评价研究，主要分为两个阶段：
阶段1：对以下7个试验仅使用少量的车辆进行，以测试ESP 系统对过度转向趋势的干预性能，试验将定量化地对干预性能进行评价，并根据评价能力的好坏对试验进行筛选。
1) 闭环圆周转向试验
2) 脉冲转向试验
3)NHTSA 鱼钩试验
4) 调幅正弦转向试验
5) 正弦延迟试验
6) 横摆角加速度反向转向试验
7) 调幅横摆角加速度反向转向试验
判断试验是否能够很好地评价ESP 系统的性能，NHTSA 认为该试验应具有以下3个特征：
1) 试验必须具有足够的强度以激发出ESP 系统对过度转向趋势的干预。
2) 高度的可重复性；
3) 可以对ESP 系统的侧向稳定性能和响应性能进行评价。
阶段2：对筛选后的试验方法，用不同的车辆进行试验。作为评定ESP 系统的实验除了具有阶段1的特征外还应该具有另外3个特征即：实验强度、有效性、可操作性。
经过试验分析，并且结合美国汽车工业联盟的试验分析数据，NHTSA 认为频率为0.7 Hz的正弦延迟试验评价ESP 系统的性能最为合适。
4、结论
ESP 汽车安全产品不久将成为多款中高级轿车和其它车型的标准配制，掌握ESP 技术，就掌握了竞争未来汽车安全技术的主动权。EsP 在国外已批量生产，在国内尚处于研究阶段，要达到产业化的程度，还有大量的工作要做。值得注意的是ESP 的开发还得依靠精确地实验测试技术，而怎样研究一个能够充分验证ESP 性能的试验方法同样至关重要。
参考文献：
[1] 李向瑜，高振海，等. 汽车装备电子稳定性程序后的性能评价方法[J]. 拖拉机与农用
汽车运输，2008（4）.
[2] 吴艳华，何天明. 新型汽车主动安全系统[J].上海汽车，2007(12).
[3] 韩建宝，云志刚，等. 汽车电子稳定系统ESP 的原理及应用[J].汽车电器，2004（4）.
[4] 王海峰，王文建. 汽车EPS 系统原理及整车应用要点[J].合肥工业大学学报，2009..
[5] 唐天德, 任岫云. 汽车电子稳定系统分析[J].公路与汽车，2007（4）.
[6] 于良耀, 吴凯辉, 宋健. 汽车ESP 用传感器及其接口技术[J].电子产品世界,2006.